天然氣場站聯合運行風險因素分析及安全管理方法研究

羅星剛，時元寶，任偉麗，張健

(淮河能源燃氣集團有限責任公司，安徽 淮南 232000)

0 引言

天然氣作為最為清潔的化石能源，其對助力我國實現“雙碳”目標具有至關重要的地位。為了實現對天然氣資源的高效利用，構建“全國一張網”、互聯互通的管網體系，亟需合理規劃、建設主干管道間的聯絡管線、分輸站場以及城市門站。分輸站與末站等多設置于干線管道，由上游輸氣單位組織投資建設以及維護運行，具備分離、計量、清管、調壓等功能。

城市門站則作為天然氣自長輸管線進入城市管網的接收站，一般由下游的燃氣公司組織投資建設以及運行維護，具備計量、調壓、檢測、過濾、伴熱、加臭、分配和遠程遙測/遙控等功能[1]。然而，隨著經濟社會發展，節約化、集約化利用土地并實現“降本增效”日益成為主要設計指標。基于上述目標，“天然氣場站聯合建設及運行模式”因其具有設計快、占地少、審批快、建設周期短、節約建設成本等優勢，成為一種備受關注并廣泛應用的建設方式。由于管輸天然氣具有易燃、易爆、高壓等特點，作為新型建設及運行模式，站場結構復雜、工藝繁多，進行天然氣場站聯合運行時的風險因素分析并提出安全管理方法更具必要性與急迫性。

1 聯合建站的風險因素分析

為達成“氣化安徽”總體規劃，轉輸安徽省內主要氣源，滿足全省的用氣需求、同時向六安市部分區縣供氣，近期建成了六安—葉集—金寨聯絡線項目，該項目全線約93 km，管徑為DN600 mm，設計壓力為6.3 MPa，設計有5個站場和5個閥室。其中，六安天然氣合建站作為安徽省天然氣的樞紐站之一，是六安—葉集—金寨聯絡線項目的首站，是六安—霍邱—潁上天然氣干線首站，亦是合肥—六安天然氣管道項目的終點站。分輸站作為小型站場，屬于五級站，平面布置主要是按照GB 50183—2004 《石油天然氣工程設計防火規范》控制安全間距等設計標準；而城市建站一般則是按照GB 50028—2006 《城鎮燃氣設計規范》或者GB 50016—2014 《建筑設計防火規范》進行設計。文章以六安合建站為例，進行風險因素分析。

1.1 安全間距較小

安全距離的定義是管道爆炸對周圍建筑物不產生顯著影響的最小距離[2]。與傳統的站場、門站獨立運營模式相比，天然氣合建站內各工藝設備、管道間的間距因受空間限制而減小。天然氣合建站內各工藝區之間易產生相互影響，且進、出站高壓管道極易受到臨近的管道事故的影響。

天然氣合建站內設備間距需同時滿足防火以及未來施工的要求，存在的顯著風險因素主要有以下五點：

(1)各工藝區的操作空間。如若操作空間不足，將會造成現有的地面操作的困難程度與危險水平驟增。

(2)無法滿足未來的搶修及施工要求。特別是需要進行動火作業或者爆破施工時，安全間距不足將會給施工人員與管道運行安全帶來極大威脅。此外，需要注意的是，當存在機械化施工時，施工間距即為合理間距；當不存在機械化施工時，維搶修間距即為合理間距。

(3)管道間的熱輻射間距。若此間距不足，當一條管道發生緊急事故，比如管道破裂、燃燒或爆炸時，蒸氣云爆炸、噴射火、火球火災等形成的沖擊波或熱輻射將對臨近管道的正常生產運行產生影響，甚至引發連環爆炸事故。

(4)由于聯合站空間有限，電力設備眾多，防雷、防靜電接地線的存在易導致管網相對集中，形成的雜散電流如超過一定水平會對管道防腐產生重大影響。

(5)放空立管與天然氣站場間距。如若此間距不足，點火放空時產生的熱輻射將對管道及各類站場設備的運行安全以及站場工作人員的生命健康產生嚴重影響，形成重大安全隱患。

1.2 消防設施不足

天然氣合建站占地規模減小，但其內部的主要功能區與火災易發場所并未減少，單位站內面積上的高后果區以及需要覆蓋的消防設施反而更多。

在合建站的運營初期，可能存在職能分配不明確、及消防安全責任空間分配不清的情況，消防專用車輛、設備、器材與個人防護用具面臨短缺，如遇泄漏、局部起火等小型事故，在缺乏消防設施的情況下，將無法及時撲滅著火點，可能形成“多米諾骨牌”效應，產生連鎖反應，造成火焰蔓延擴散，而誘發火災、爆炸等重大事故。此外，合建站作為新型場站設計形式，其內部的消防通道需要進一步檢驗合理性，如未形成布置合理的環形通路，將錯過最佳消防處理窗口期，嚴重影響應急搶險救災的進程，導致無法及時控制險情而使其擴大化。

1.3 管道錯綜復雜

天然氣合建站由于建筑面積的限制，為滿足計量、分輸、凈化、調壓與冷卻等相關工藝的設計要求，站內管道、管匯具有數量大、種類多、存在交叉與多層敷設的特點。

錯綜復雜的站內管道將導致以下生產運行風險：

(1)敷設的管道更為密集，這導致管道之間相互影響的概率顯著增加，從而增加發生火災、爆炸等事故的風險。

(2)站內埋地管道常與含有酸性成分的土壤接觸，由于設備管道集中、接地系統復雜，如若保護不到位，管道腐蝕穿孔以及失效的風險將顯著增加。

(3)站內管道一般具有管徑相對較小、尺寸類型相對較多的特點，其與閥門、檢測儀表、法蘭等構件以及壓縮機、脫水器等設備連接時，將產生一定的壓力波動[3]，影響設備正常運轉或產生其他潛在危險；此外，合建站內發生焊縫泄漏、閥門泄漏以及法蘭間泄漏等事故的概率也顯著偏高。

(4)為滿足站場多種功能需求，管道系統內部的彎頭、三通等構件也相對較多，這些構件是局部應力集中的高發部位，極易形成應力腐蝕失效事故。

(5)已存在的地下構筑物和市政管道，在施工建設期間可能會對站內管道的敷設產生不同程度的干擾。

1.4 排污罐容量

我國GB 50251—2015 《輸氣管道工程設計規范》中明確規定輸氣站場產生的廢氣和污液應適當集中，并在排污管道的末端設置排污池或排污罐。對天然氣合建站而言，其處理的污氣、污液量更多，往往存在以下風險：

(1)排污罐的設計容量不足，當大量壓力相對較高的氣體由管道流入排污罐時，如若放空不及時，將導致排污罐憋壓，當罐內壓力將超過罐體的最大允許壓力，將發生超壓爆炸。

(2)排污罐的壓力安全閥上游一般安裝有隔斷閥，并具備一定的防水保護功能，若站場工作人員對其危害認識不足，或因誤操作而致使其被關閉，將導致進入罐內的氣體無法被及時排出，演變為重大生產安全隱患[4]。

(3)如對排污罐及其附屬管線檢修不及時，當出現排污罐裂紋、密封墊圈與固定螺栓失效等情況而未及時發現時，發生重大事故的風險顯著增加。

(4)隔斷閥失效或者封堵時，也將會直接導致排污罐及與其相連的排污管線憋壓，而引發爆炸，嚴重時或將導致人員傷亡。因此需要合理設計排污罐的技術指標，否則可能導致污氣、污液外溢，造成環境污染、人員中毒，或增加火災風險。

1.5 天然氣放空能力

在壓力變化范圍廣、天然氣處理量大的天然氣合建站，其放空能力與放空系統設計是保障站場安全平穩運行的重要組成部分。輸氣站場放空主要有以下幾種情況：安全閥放空、站內管道緊急放空、站外管道事故放空以及站內檢修放空等。通常站場緊急放空參照SY/T 10043—2002 《泄壓和減壓系統指南》，即15 min內將管網的初始壓力泄放至0.69 MPa或管網設計壓力的50%(取二者之間的較低值)。但對合建站而言，由于其操作與設計壓力相對較高，如完全按照上述規范要求設計，瞬時放空量會對火炬系統產生極大的負荷[5]。

一旦放空能力不足或者放空系統設置不當，將會導致站場或管道內部的壓力無法被盡快地泄放至安全范圍，而引起事故的蔓延與擴大化，嚴重時會威脅站場運行安全、造成資產損失以及產生人員傷亡等事故。日常檢修等其他情況的放空雖然在計劃內，但若站場投產初期的放空能力與預期水平不匹配，也將造成天然氣外泄或局部天然氣濃度達到爆炸極限等重大安全隱患。

1.6 施工時候的第三方破壞

天然氣站場的施工主要以委托第三方為主，天然氣合建站內工藝流程更多、管線走向更為復雜，承包商若未嚴格按照站場內的施工要求進行操作，極易引起管線、設備損壞以及人員傷亡等事故[6]，亦是需要重點關注的風險源之一。對于需要動火的作業，如若未仔細排查站內外管道天然氣的泄漏狀況、未能及時發現不良狀況并及時隔離動火作業的管件與設備、未能及時確認相關隔斷閥的工作運行情況，都將會誘發泄漏、爆炸等重大事故。在儲氣罐、分離罐等容器上進行動火作業前，如若操作不規范，或未進行氮氣置換，或置換不充分，抑或置換完成后未進行組分分析檢測確認可燃氣體濃度符合要求，都將給施工人員生命安全及合建站的安全運行帶來極高的事故風險。

2 安全管理方法

2.1 增強員工安全生產意識

天然氣合建站對員工的專業技術水平與安全生產意識提出了更高的要求。

首先，要健全消防安全培訓機制，通過安排消防安全知識專家講座，組織職工分批、多次進行消防安全模擬演習，使全體工作人員掌握正確的消防器材使用規范與各類火災事故的滅火方法，并熟悉疏散逃生路徑。

其次，建議站內各個崗位配備至少一名安全生產責任人與HSE管理監督員，每天使用安全檢查表對站場內各工藝區、管道等處進行檢查，定期組織員工開展安全生產崗位培訓、技術改造以及經驗交流工作。

最后，力爭將安全生產責任制度落實到位，并嚴格貫徹執行，保證所有人員各司其職。在一些高后果區的作業場合應有專人監護，例如動火現場，需對施工人員進行施工前安全培訓，且在施工前認真開展管道檢漏與壓力容器的氮氣置換工作；設置好警戒線與逃生標志，避免發生交叉作業。

通過全員安全教育、日常實際操作培訓、定期專項消防知識培訓和火災應急演練等措施的結合，提高合建站工作人員的消防安全意識和應急處理能力。

2.2 合理設置合建站消防管網

科學合理的消防管網是保障天然氣合建站安全平穩運行的基石。針對合建站各大作業區與危險高發區的實際情況，應對消防設施布置、消防通道以及個人防護用具等進行統籌管理與優化配置，針對各個工藝區設計好各類多層次的最優消防預案；合建站內部各類建筑物和工藝設備的耐火等級應不低于二級水平；保證站內的消防系統與管道、壓力容器以及各類工藝裝置之間具有足夠的安全距離和合適的救火距離。

根據場站建筑構造特點，安裝足量的可燃氣體檢測報警裝置，以使消防系統能夠第一時間對合建站內部發生的氣體泄漏等問題形成應答，并發出警報，從而將事故風險降至可接受水平；并注意在日常工作中定期維護檢修報警裝置。當監測到的天然氣泄漏或天然氣泄漏程度無法有效阻止時，應當啟動緊急切斷系統從而及時停止氣體輸送閥門，并自動切斷電源以最大限度地降低事故的危險等級[7]。

2.3 落實埋地管道防腐及保護工作

根據合建站內外的具體環境特點，因地制宜，靈活選用不同類型的防腐涂層材料；嚴格把關防腐涂層的涂敷施工作業，避免產生彎頭等處的局部死角；嚴格凈化處理接收到的天然氣，脫除其中的含硫組分等腐蝕性物質，防止發生管道、設備腐蝕失效；合理選用適當的陰極保護方式與陰極電流，并進行定期檢查與維護，避免產生電流漏失或因電火花引發事故；定期維護陰極地床，在陰極保護位點應當設置陽極電纜走向及陽極地床位置的指示標志；注重絕緣法蘭的維護，法蘭應滿足防雨防浸泡要求，且定期檢測絕緣接頭兩側電位，提高其附屬設備(如：過壓保護裝置、限流電阻等)的可靠性[8]。

注重管道日常保護，避免管道承受較高的外加載荷；對管道焊縫應定期采用X光、超聲波等探傷手段進行裂紋檢測，并及時修補處理薄弱位置。規范人工操作以減小人為因素對管道完整性的影響。依據自然災害的歷史數據，采取必要的抗洪、抗震防護，以降低自然因素對管道的潛在破壞。

2.4 防微杜漸，做好防護

培養員工規范操作與正確穿戴防護用品的意識，合理規范地轉動設備的安裝位置；在機器裸露的齒輪、聯軸器等旋轉部位安裝必要的防護罩，防止對工作人員造成人身傷害；全方位安裝可燃氣體泄漏報警裝置以及視頻監控設施，結合人工智能與大數據技術開發智能故障模式識別、危險行為識別與預警系統，實現超前預警、可視化監測[9]以及信息化集中管理；以數字孿生技術為牽引，進行各類設備與管道全生命周期的完整性管理，對聯合站內的薄弱環節開展重點監控與安全排查；嚴格控制防靜電接地設備、防雷設備及其附件的質量，防止合建站出現靜電放電或雷擊造成的設備失效，并確保系統可靠性；建議運營單位加強對第三方施工的管理，及早介入、參與施工方案的制定，全面考查施工存在的潛在影響，做好各類事故的處理預案，施工時安排專人監護。

3 結語

天然氣作為我國經濟社會發展的重要能源支撐以及實現“雙碳”目標的關鍵助力，系統地識別出天然氣合建站內的風險因素并提出安全管理方法是實現安全、經濟、高效利用天然氣資源的基礎所在。根據合建站建筑面積相對較小、涉及各類工藝更加繁多的特點，系統分析了安全間距不足、消防設施不足、管道錯綜復雜、排污罐容量不足以及天然氣放空能力不足等主要風險源易導致的潛在事故及后果，需要運用各類安全系統分析方法，加深對其風險因素的識別與控制能力，消除潛在威脅、提高設備可靠性、增強員工安全意識和應急處置能力，從而維持站場安全運行，切實保障工作人員人身安全，提高天然氣的經濟與社會效益。